Des chercheurs allemands proposent des cellules solaires à base de graphène sans silicium

fr.wedoany.com Rapport : Le 29 octobre, le Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) en Allemagne a publié une étude sur la conversion photoélectrique du graphène, proposant d'utiliser l'action synergique d'un champ magnétique et d'une tension d'électrode ajustable pour séparer les électrons et les trous générés par l'absorption de lumière dans le graphène, favorisant ainsi l'application du graphène dans les cellules solaires, les capteurs optiques et les dispositifs optoélectroniques.

Le graphène est constitué d'une monocouche d'atomes de carbone et possède une mobilité de porteurs de charge et une conductivité élevées, mais il lui manque la bande interdite caractéristique des semi-conducteurs traditionnels, ce qui rend difficile la séparation efficace et le transport directionnel des électrons et des trous générés par la lumière, limitant ainsi la conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique. L'équipe de recherche propose de disposer des électrodes métalliques étroites sur les couches isolantes situées au-dessus et au-dessous du graphène, afin de former une barrière de potentiel ajustable par l'application d'une tension ; simultanément, un champ magnétique est appliqué perpendiculairement au plan du graphène, de sorte que les électrons et les trous se déplacent en sens opposés, puis la barrière de potentiel guide les porteurs de charge vers différentes électrodes pour former un courant directionnel.

Les chercheurs ont analysé par calcul théorique la relation entre la hauteur et la largeur de la barrière de potentiel, la distance entre les électrodes et l'intensité du champ magnétique. Pour le scénario de conversion de la lumière infrarouge, les calculs montrent qu'une intensité de champ magnétique d'environ 0,1 tesla et un espacement des électrodes de l'ordre du micromètre permettraient d'obtenir la séparation des porteurs de charge. En ajustant la tension des électrodes ou en commutant les électrodes, il est également possible de modifier la trajectoire des porteurs de charge afin d'adapter le dispositif à des photons incidents de différentes énergies. L'équipe de recherche propose également d'empiler en alternance plusieurs couches de graphène et de couches isolantes transparentes, en combinant une structure réfléchissante pour améliorer l'absorption de la lumière.

L'une des applications potentielles de ce schéma est l'utilisation de l'énergie lumineuse infrarouge. Comparé aux cellules solaires traditionnelles en silicium, le graphène peut absorber une partie des photons infrarouges dont l'énergie est insuffisante pour générer des paires électron-trou dans le silicium ; les chercheurs estiment donc que ce mécanisme pourrait à l'avenir être utilisé pour des dispositifs photovoltaïques infrarouges, et pourrait également être étendu aux capteurs visibles et infrarouges. Cependant, à ce stade, la recherche se concentre sur le mécanisme de mouvement des porteurs de charge et ses paramètres théoriques, et aucune efficacité mesurée ni donnée de production d'électricité des cellules solaires fabriquées selon ce nouveau schéma n'a encore été publiée.